黄檗药材质量和种子品质形成与生态因子的相关性研究

Phellodendron amurense Rupr., a second-class protected plant species in our country, is the basic source of the medicinal material Cortex Phellodendri amurensis. Howevr, it is hard to resolve the latter's urgent shortage for a long time because of the slow growth, increasingly loss of genetic diversity, and the difficulty of renewing wild populations of Phellodendron amurense Rupr. There is a significant difference on the quality of seeds and material of Phellodendron amurense Rupr from different habitats, which is related strongly to the ecology factors. In this grant, the correlation will be investigated by analyzing the characters of ecology factors for 100 habitats, dynamic monitoring two habitats and calculating the seed quality, especially the relationship between the weather and the formation of the dormancy of Phellodendron amurense Rupr. Also, eight ingredients of Phellodendron amurense Rupr, including berberine, palmatine, jatrorrhizine, chlorogenic acid, phellodendrine chloride, magnoflorine, Palmatine chloride, obacunone and obaculactone, will be calculated and the correlation between quality and ecology factors (weather and soil) will be set up. Besides, the expression profiling of genes induced by low temperature will be investigated in this grant and the genes coding important enzymes will be further discovered. The goal of the grant is to discover the adaptive mechanism for the Phellodendron amurense Rupr breeding and predict the viability of the wild seedlings. The finial goal of the grant is to promote the industrialization of excellent materials and protect wild sources of Phellodendron amurense Rupr.

黄檗为药材关黄柏的基源,国家二级保护植物。其生长缓慢,野生种群更新困难，遗传多样性正在逐渐丧失；长期以来关黄柏药材的短缺，在短时间内难以逆转。生长地不同的黄檗所产种子的品质和药材的质量存在差异，并且这种差异与生态因子有很强的相关性。本项目通过对黄檗分布区近100个位点生态因子的分析，2个位点的动态监测，进行生态特征定量评价，分析黄檗种子品质，特别是休眠特性形成与气象因子的关系；对药材中小檗碱、掌叶防己碱、药根碱、绿原酸、盐酸黄柏碱、木兰花碱、盐酸巴马汀、黄柏酮、黄柏内脂等8种成分进行计量，通过差异性分析建立药材质量与生态因子（气象和土壤）的相关性；研究种子在不同温度条件诱导下的基因表达谱，发现萌发途径关键酶基因并比较其表达差异。项目对揭示黄檗繁育的生态适应机制，预测野生种群幼苗的形成能力，推动优质药材的产业化生产，保护黄檗野生资源具有较大的理论及现实意义。

生长地不同的黄檗药材质量存在差异，种子萌发对温度的响应不同，产地生态环境对黄檗药材有效成分的积累和形成、种子萌发和休眠特性的形成至关重要。.项目对42个野生黄檗样点和2个样点连续3年所产种子特性与环境因子的相关性分析发现，种子品质与温度、日照时数和湿度相关；种子休眠程度Y=45.871-0.051*X15(果实发育期平均日低温)+0.26*X10(初果期平均日高温)-0.369*X28(花期平均降水量)-0.01*X30(果实发育期平均降水量)；发现种子转录组差异基因1381个，可能参与赤霉素信号通路的15个，参与ABA信号通路的26个，16个基因经定量PCR得到验证。结果对预测野生黄檗种群更新能力和药材生产具有指导意义。.项目对30个样点416份黄檗药材的酚酸类成分：3-O-阿魏酰奎尼酸、4-O-阿魏酰奎尼酸、紫丁香酚苷；生物碱类成分：木兰花碱、黄柏碱、药根碱、巴马亭、小檗碱；柠檬苦素类成分：黄柏内酯、黄柏酮进行测定，发现药材分为5个类型，并具有区域性特征， 4-O-阿魏酰奎尼酸、木兰花碱、小檗碱、黄柏内酯4种成分含量是引起区域差异的主导成分。通过含量与环境因子的相关性分析发现，成分特征的形成与土壤中的有机质，氮、磷、钾、铜、锰元素的含量，盐分、阳离子交换量相关；与≥10℃活动积温、年降水量、湿度、无霜期、年生长天数和7月平均气温相关。发现药典对关黄柏药材质量评价的指标与现在认为的道地产区所产药材的成分含量特征不符，关黄柏药材的道地产区或药材质量标准需要进行深入研究。项目通过对分布区野生药材化学成分的研究，明晰了各地药材的特性，为药材生产的合理布局提供了依据。.项目利用谱系地理学研究了黄檗属的物种形成、演化及谱系地理格局的形成原因，黄檗和黄皮树存在明显的遗传分化和谱系地理结构，黄檗拥有该属植物的原始单倍型，黄皮树的单倍型均由黄檗演化而来。燕山和长白山南部地区很可能为黄檗在第四纪冰期的避难所。项目还建立了psbA-trnH和ITS+psbA-trnH加ITS序列和psbA-trnH序列SNP位点的方法，可以快速准确地鉴别黄柏类药材的三个基源植物，为黄柏类药材的鉴定提供了高效的工具。